姚怡鑫　許翔

【摘 要】FDC2214采用LC諧振器，對(duì)液位測(cè)定擁有更強(qiáng)的抗干擾能力，F(xiàn)DC2214能將液位波動(dòng)所引起的電容變化轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過(guò)I2C傳輸給單片機(jī)進(jìn)行計(jì)算處理，從而實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前液位。

【關(guān)鍵詞】電容；信號(hào)；單片機(jī)

中圖分類號(hào)： TP368.1；TP334.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）31-0123-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.31.059

【Abstract】FDC2214 adopts LC resonator，It has stronger anti-interference ability to water level measurement，F(xiàn)DC2214 can convert capacitance change caused by water level fluctuation into digital signal，Through I2C transmission to the MCU for processing，Then realize real-time display of liquid level.

【Key words】Capacitance； Signal； MCU

1 液面監(jiān)測(cè)裝置應(yīng)用場(chǎng)景

FDC2214可運(yùn)用于水庫(kù)，河流等地區(qū)的水位變化測(cè)定，我國(guó)東南地區(qū)水資源豐富，浙江地區(qū)年均降雨量達(dá)到了1200毫升以上，充沛的水資源促進(jìn)了農(nóng)業(yè)，水運(yùn)的發(fā)展，但另一方面，夏季不定期的大暴雨也是對(duì)水利設(shè)施排水儲(chǔ)水的一大考驗(yàn)。若能做到實(shí)時(shí)測(cè)定當(dāng)前水位變化，對(duì)暴漲的水位及時(shí)警報(bào)，將對(duì)抗洪救災(zāi)維護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全有重大安全意義。

除了水庫(kù)，河流等大型場(chǎng)景外，水位測(cè)定裝置還可用于裝有清潔劑，油墨的容器液面測(cè)定。FDC2214做為電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器IC，可以做到在容器外進(jìn)行液面測(cè)定，有效解決了密閉不透視容器液面測(cè)定難的問(wèn)題。同時(shí)相較傳統(tǒng)的接觸式水位測(cè)定裝置，它可以在不接觸液體的條件下測(cè)量液位，因而對(duì)導(dǎo)電液體也能做到精準(zhǔn)測(cè)量且不存在對(duì)液體的污染問(wèn)題。

2 FDC2214 IC介紹

FDC2214是TI公司新近推出的產(chǎn)品，采用電容式傳感，擁有低功耗，高分辨率，非接觸式感測(cè)技術(shù)等優(yōu)點(diǎn)。采用抗電磁干擾架構(gòu)，可對(duì)噪聲和干擾進(jìn)行高度抑制。擁有四條傳輸通道，每條通道的最高傳輸速率達(dá)到13.3ksps，在10kHz頻率，1mHz電感的理想條件下最大輸入電容為250nF，采用I2C通信協(xié)議進(jìn)行信號(hào)傳輸，分辨率最大為28位。在滿足高分辨率液位感測(cè)的同時(shí)，F(xiàn)DC2214還擁有在-40℃至125℃惡劣環(huán)境中可靠傳輸?shù)姆€(wěn)定性，支持任意金屬與導(dǎo)體作為傳感器，對(duì)包括清潔劑，油墨在內(nèi)的多種液體液位感測(cè)適用。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

FDC2214將接收到的電容變化轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過(guò)I2C接口傳輸給MSP430F5529單片機(jī)進(jìn)行處理，單片機(jī)計(jì)算處理后，輸出一個(gè)提早設(shè)定好的“預(yù)警水位值”和由FDC2214傳輸?shù)脕?lái)的“實(shí)際水位值”給OLED顯示屏，當(dāng)實(shí)際水位超過(guò)預(yù)警水位時(shí)，單片機(jī)會(huì)閃爍紅燈以示提醒。矩陣鍵盤（keyboard）可以用來(lái)設(shè)定需要的“預(yù)警水位值”，或者校準(zhǔn)“實(shí)際水位值”。

4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（部分）

下表是實(shí)驗(yàn)中通過(guò)對(duì)一個(gè)10*10cm為底的長(zhǎng)方體容器注水得到一部分?jǐn)?shù)據(jù)，由表可知，兩個(gè)ch通道的輸出數(shù)值變化與水位上升高度呈反比，當(dāng)水位高度10mm時(shí)，水位每升高1mm，通道讀取信號(hào)值降低50±5，當(dāng)水位高度低于10mm時(shí)，準(zhǔn)確度降低，無(wú)法得到精準(zhǔn)數(shù)值。

5 總結(jié)

本文主要研究了FDC2214芯片的水位測(cè)定原理，組裝實(shí)物，設(shè)計(jì)一款水位測(cè)定裝置。FDC2214對(duì)不同液體在相同液位輸出的信號(hào)值不同，但可以通過(guò)對(duì)MSP430F5529內(nèi)部設(shè)定的計(jì)算公式進(jìn)行修改得到校準(zhǔn)，使之適用于不同液體液面高度的測(cè)量。

另一方面，F(xiàn)DC2214擁有4通道信號(hào)輸出（本實(shí)驗(yàn)只使用了兩通道，數(shù)據(jù)如表1），可以通過(guò)測(cè)量容器的不同面液面變化來(lái)判斷容器是否產(chǎn)生傾倒，以及晃動(dòng)的劇烈程度，具體功能可根據(jù)實(shí)際需求修改或添加。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于FDC2214的液位監(jiān)測(cè)裝置是實(shí)際可行的。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王化祥，張淑英.傳感器原理及應(yīng)用，天津大學(xué)出版社.2014.

[2]鄭煊.微處理器技術(shù)，清華大學(xué)出版社.2014.

[3]任保宏，徐科軍.MSP430單片機(jī)原理與應(yīng)用，電子工業(yè)出版社.2014.

[4]姜大源，王勝元.單片機(jī)技術(shù)高等教育出版社，2005.